常用气体激光器讲解.ppt

二氧化碳激光器1.CO2气体是工作物质，辅助气体有N2、He、Xe和H2等；N2分子受到电子碰撞后被激发并和CO2分子发生碰撞，N2分子把获得的能量传递给CO2分子，使大量的CO2分子被激发到001能级时，能级001和能级100之间形成粒子数的反分布。He原子质量小，运动速度快，频繁地碰撞CO2分子，高效地抽运010能级上的CO2分子，大大提高了粒子数反转程度。二、基本结构原子或分子因某种原因失去电子或获得电子的过程称为电离。若原子失去电子，称为正离子，反之则称为负离子。
利用离子的能级跃迁所获得的激光器件称为离子激光器。氖、氩、氪、氙、镉蒸气、硒蒸气等均能作离子激光器的工作物质。它们的激光输出功率比原子气体激光器要高，达几十瓦，可连续或脉冲输出。采取两次电子碰撞将氩原子激发到3p44P态要比直接碰撞、一次将氩原子激发到3p44P态的电子能量要小，后者只能在低气压放电中才有如此大的能量（35.5eV）。二、基本结构氩离子激光器分段石墨放电管国产的氩离子激光管表氩离子激光的可见光光谱线
1．功率特性：智慧型大小光斑技术:根据不同的个人数据，系统自动调整光斑大小：光斑直径可在0.65-
6.5mm范围内变化。可
使复杂的角膜切削变得
极为轻松。
染料激光器工作原理三、染料分子的三重态“陷阱”输出特性一、光栅调谐
图示为一种光栅—反射镜调谐腔。光束与谐振腔轴成一个小角度θ（θ≈3°）。谐振腔由反射光栅G与一个镀有介质膜的反射镜M组成。光栅G具有扩束和色散作用，转动光栅就可以改变输出激光的频率。
腔内插入一个法布里—珀罗标准具，摆动标准具可以进一步选择输出激光的频率。不插入标准具时，输出激光的线宽为0.05nm，插入标准具后，可获得线宽约为0.001nm的单模激光。二、棱镜调谐
图示为一种折叠式纵向泵浦染料激光器原理图，腔内放置的棱镜是一种色散元件。由于棱镜的色散作用，一束来自M3、M2的不同波长的光，将有不同的折射方向。当旋转平面反射镜M1使其与某一波长的光垂直时，该波长光便能返回谐振腔，形成振荡。因此，旋转M1便可实现调谐作用。TunableLasersDyeLasers如果将充有染料溶液的小室放置于激光腔内，并提供足够的泵浦能量，则可以放出激光。如果使用宽带激光反射镜，受激辐射在荧光发射曲线顶点的周围几十个Å附近发生。可以把反射镜用光栅代替。
激发辐射带宽降低到0.5Å。
通过转动光栅，可以让激光在整个
荧光发射带范围内调节。
泵浦可以用闪光灯来实现，得到的
激光脉宽1ms，峰值功率大概几kW
，重复频率1Hz。
也可以用固定波长激光器，例如氮
分子激光器，准分子激光器，铜蒸气
激光器或倍频后的Nd:YAG激光器。几种典型装置通过使用各种染料，脉冲染料激光器工作范围可以从320到1000nm。对准分子激光泵浦的染料激光器，能量转换效率可以到10~20%。而对于倍频后的Nd:YAG激光器，则可以达到40%。染料激光器脉冲运转较容易，而连续运转比较困难。主要问题是三重态布居数的增加造成的吸收损耗会使激光无法起振。
脉冲泵浦时，可以在三重态集聚足够的粒子数之前产生激光。
要想达到连续泵浦，则必须去掉三重态分子。可以在溶液中加入某种三重态猝灭剂，可以有效地使三重态分子无辐射跃迁到基态。
连续的染料激光器往往使用氩离子或者氪离子激光器泵浦。目前可以覆盖的光谱范围为375~950nm。
使用染料射流来让染料高速通过激活区。
TunableSolid-StateLasersTunableCO2Lasers因为与加入的N2分子的碰撞，(001)模式
充分布居。由放电使得氮分子布居于第
一振动能级。由此形成与低能级(100),
(020)之间的粒子数反转。
激光发射可能在子转动能级间发生，并
形成位于10.2~10.8mm和9.2~9.7mm的
几个光谱带。
其中最强的谱线为10.59mm。
可以使用光栅来选择其一为输出波长。
如果使用同位素分子13CO2，则可以增加可选的波长。
二氧化碳激光器也可以工作于高气压（1个大气压到10个大气压）。
在较高气压下，谱线加宽，不同的振转谱线溶和在一起，从而可以在该波段范围内连续调谐激光。
工业上使用的二氧化碳激光器输出功率最高可以达到几十千瓦的量级。光纤激光器

§1掺杂光纤

§2光纤激光器的谐振腔

§3掺稀土元素的光纤激光器

§4超荧光光纤激光器(SFS)§1掺杂光纤2、掺杂光纤的基质
（1）石英玻璃
石英玻璃对稀土元素离子的光谱能级的影响：产生斯塔克分裂，使得能级加宽，光谱变宽。
（2）重金属氟化物玻璃
优点：
通光窗口宽，在300-8000nm范围透过率很高。
易于成纤。
易于激活，因为氟化物玻璃是稀土元素的理想宿主。二、石英光纤中掺稀土元素离子的光谱特性
1、Er3+、Nd3+的电子能级4F